基于瑞利—索末菲衍射理论的衍射光学元件设计方法研究

发布时间：2024-06-08 07:08

　　传统衍射光学元件受制于采样方法和正、逆向衍射算法的局限性,通常工作在傍轴和远场区域,且成像面为平面。随着衍射光学元件的应用领域不断扩展,对于衍射光学元件的工作区域要求开始有了变化,比如工作在近场区域且具备大衍射角,或者成像面为曲面。本文从瑞利-索末菲衍射理论出发,研究了近场大衍射角衍射元件的设计方法,在近场区域实际衍射图样与目标衍射图样的相关系数明显优于现有大衍射角衍射光学元件设计方法;以及适用于大纵深曲面成像的衍射光学元件的设计方法,其纵深与最远工作距离之比超过0.3。主要的研究工作包括:1.以相干成像理论为基础,研究了在大衍射角条件下,用迭代算法设计衍射光学元件时,衍射光学元件面和成像平面采样点之间的空间位置关系。2.以瑞利-索末菲衍射积分公式为基础,通过对光场信息以及点扩散函数的离散化矩阵进行降维处理,得到了无远场和傍轴近似的正、逆向衍射计算方法。3.将以上采样方法与正、逆向衍射计算方法用于改进GS算法,得到了近场大衍射角衍射光学元件的设计方法,并给出设计步骤与实例。4.以相干成像理论为基础,研究了在成像面为曲面的条件下,用迭代算法设计衍射光学元件时,衍射光学元件面和成像曲面采样...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１衍射光学元件常见应用领域??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ｃｏｍｍｏｎ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ＤＯＥ??

Ｍａｈｌａｂ等将遗传算法用于衍射光学元件的设计，并取得良好的结果［３５：＞。??１．１．３衍射光学元件的应用领域??衍射光学元件在诸多领域展现了自己独特的作用，如图１．１所示。在成像领??域，Ｚｈａｎｇ等人将衍射光学元件和折射光学元件组合，对复眼成像系统进行改进，??获得了更好的....

图１．２衍射光学元件工作区域划分??Ｆｉｕｒｅ?１．２?Ｗｏｒｋｉｎｒｅｉｏｎ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｏｆｒａｃｖｅ?ｏｃａｌ

ＧＳ算法的核心是正向和逆向衍射运算，选择恰当的衍射运算方法是??得到准确衍射光学元件相位分布的必要条件。衍射算法的选择又由衍射光学元件??的工作区域决定。一般情况下，衍射光学元件的工作区域划分如图１．２所示。传??统衍射光学元件一般是工作在远场傍轴区域，因此衍射运算可以由基尔霍夫....

图２．１圆孔衍射光强分布??—

根据式（２．２７）和式（２＿２８）可得此时Ｐ点的相对光强应为４。然后将出射??面和入射面均匀采样为２０００ｘ２０００ｐｉｘｅｌｓ的矩阵，利用式（２．２５）计算出射面的光??强分布，如图２．１所示，其中心光强恰好为４，证明了基于傅里叶变换和逆变换??算法计算瑞利－索末菲衍射的正确性....

图２．２典型衍射光学元件衍射成像系统??

图２．２典型衍射光学元件衍射成像系统??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｉｍａｇｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ＤＯＥ??基于ＧＳ算法的衍射光学元件设计原理图如图２．３所示，ＧＳ算法是以光场??传播的物理模型为基础，通过光场在ＤＯＥ面和成像面之间....

本文编号：3991641